專業： 電氣工程及其自動化
班級姓名
學號指導教師
蘭州交通大學自動化與電氣工程學院
2023年7月25日
1設計原始資料
1.1具體題目
如圖1.1所示網路，系統引數為：
，，，，，，，線路阻抗為，、，、
、，，圖1.1 題目的線路圖
試對線路進行三段電流保護的設計。（說明：本報告將完成對3和9處的保護設計）
1.2要完成的內容
(1)保護的配置及選擇；
(2)短路電流計算（系統執行方式的考慮、短路點的考慮、短路型別的考慮）；
(3)保護的整定計算、靈敏度校驗；
(4)保護原理展開圖的設計；
(5)對保護的評價。
2設計的課題內容
2.1 設計規程
2.1.1 短路電流計算規程
在決定保護方式前，必須較詳細地計算各短路點短路時，流過有關保護的短路電流，然後根據計算結果，在滿足《繼電保護和自動裝置技術規程》和題目給定的要求條件下，盡可能採用簡單的保護方式。其計算步驟及注意事項如下：
(1)系統執行方式的考慮
需考慮發電廠發電容量的最大和最小執行方式。
(2)短路點的考慮
求不同保護的整定值和靈敏度時，應注意短路點的選擇。
(3)短路型別的考慮
相間短路保護的整定計算應取系統最大執行方式下三相短路電流，以作動作電流整定之用；而在系統最小執行方式下計算兩相短路電流，以作計算靈敏度之用。
若採用電流電壓連鎖速斷保護，系統執行方式應採用正常執行方式下的短路電流和電壓的數值作為整定之用。
2.1.2 保護方式的選取及整定計算
採用什麼保護方式，主要視其能否滿足規程的要求。能滿足要求時，所採用的保護就可採用；不能滿足要求時，就必須採取措施使其符合要求或改用其他保護方式。
選用保護方式時，首先考慮採用最簡單的保護，以便提高保護的可靠性。當採用簡單保護不能同時滿足選擇性、靈敏性和速動性要求時，則可採用較複雜的保護方式。
選用保護方式時，可先選擇主保護，然後選擇後備保護。通過整定計算，檢驗能否滿足靈敏性和速動性的要求。
當採用的保護不能很好地滿足選擇性或速動性的要求時，允許採用自動重合閘來校正選擇性或加速保護動作。
當靈敏度不能滿足要求時，在滿足速動性的前下，可考慮利用保護的相繼動作，以提高保護的靈敏性。
在用動作電流、電壓或動作時間能保證選擇性時，不要採用方向元件以簡化保護。
後備保護的動作電流必須配合，要保證較靠近電源的上一元件保護的動作電流大於下一元件保護的動作電流，且有一定的裕度，以保證選擇性。
2.2.1本設計的保護配置
本設計選用三段式電流保護，經靈敏度校驗可得電流速斷保護不能作為主保護。因此，主保護應選用距離保護。
2.2.2 後備保護配置
本設計運用過電流保護作為近後備保護和遠後備保護。
3 短路電流計算
3.1等效電路的建立
由已知可得,線路的總阻抗的計算公式為：
1)其中，—線路單位長度阻抗；—線路長度。
所以，將資料代入公式(1)可得各段線路的線路阻抗分別為：
3.2 保護短路點的選取
選取a、b、c、d點為短路點進行計算。
3.3 短路電流的計算
3.3.1 最大方式短路電流計算
所謂最大執行方式，即在相同的地點發生相同型別的短路流過保護安裝處的電流最大。最大執行方式下，線路阻抗最小。
在最大執行方式下流過保護元件的最大短路電流的公式為：
2)其中，—系統等效電源的相電動勢；—短路點至保護安裝處之間的阻抗；
—保護安裝處到系統等效電源之間的阻抗；
因為最大執行方式下，線路阻抗最小，即發電機g1和g3併聯執行。代入公式(2)，則有：
最大執行方式下其等效電路圖如圖2所示
圖2 最大執行方式等效圖
(1)對於保護3，母線c最大執行方式下發生三相短路流過保護3的最大短路電流為：
(2) 對於保護9，保護8處發生三相短路時，流過保護9的最大短路電流為：
(3)對於保護2，母線d最大執行方式下發生三相短路流過保護2的最大短路電流為：
(4)若發電機3的母線a側發生短路，則經保護9、保護3流過的最大短路電流為；
3.3.2 最小方式短路電流計算
所謂最小執行方式，即在相同的地點發生相同型別的短路流過保護安裝處的電流最小。最小執行方式下，線路阻抗最大.
所以在最小執行方式下流過保護元件的最小短路電流的公式為：
3)其中，—系統等效電源的相電動勢；—保護安裝處到系統等效電源之間的阻抗；—短路點到保護安裝處之間的阻抗。
最小執行方式下，線路阻抗最大，即只有g1一台發電機執行，代入公式(3)得：
最小執行方式下其等效電路圖2所示,
圖3 最小執行方式等效圖
母線d的最小短路電流為：
母線c的最小短路電流為：
保護8短路時流過的最小電流為：
母線a短路時流過的最小電流為：
4 保護的配合及整定計算
4.1 主保護的整定計算
4.1.1 保護i段動作電流的計算
(1)對於保護3，母線c最大執行方式下發生三相短路流過保護3的最大短路電流為：
相應的速斷定值為：
(2)對於保護9，保護8發生三相短路流過保護9的最大短路電流為：
相應的速斷定值為：
最小保護範圍計算式為：
4)其中 ，—系統等效電源的相電動勢；—短路點至保護安裝處之間的阻抗；—線路單位長度的正序阻抗。
對於保護3，代入公式(4)得速斷保護的最小範圍是，即無保護區。
對於保護9，代入公式(4)其速斷保護的最小範圍是。
所以，以上計算表明，對於保護3，電流速斷保護不能作為主保護；對於保護9，電流速斷保護可以作為主保護。
4.1.2保護ii段動作電流的計算
限時電流速斷定值根據如下公式可以計算：
5)其中，—可靠係數，取值為1.15。
(1)求整定保護3的限時電流速斷
因為在母線d處發生短路的最大電流為：
所以保護2的電流速斷為
所以保護3的限時電流速斷為
線路末端（即c處）最小執行方式下發生兩相短路時的電流為：
所以保護3處的靈敏度係數為：
即不滿足的要求。
(2)同理保護9的限時電流速斷定值為：
①與保護3的i段相配合
該段限時電流受助增電流的影響，且分支係數為：
保護3的i段電流整定值為
所以保護9的ii段電流整定值為：
②與保護4的i段相配合
發電機3的短路電流值為：
保護4的ⅰ段電流整定值為：
保護9的ⅱ段電流整定值為：
比較後取兩值較大者，
保護9處的靈敏度係數為：
故也不滿足大於等於1.2的要求。
可見，由於執行方式變化太大，3、9處的限時電流速斷的靈敏度遠不能滿足要求。
4.2 後備保護的整定計算
4.2.1 動作電流的計算
過電流整定值計算公式為：
6)其中，—可靠係數，取值為1.15；—可靠係數，取值為1.5；
—可靠係數，取值為0.85。
所以代入公式（6），有:
對於9的ⅲ段存在分支係數，因此，線路l1的最大電流值為：
保護9的三段電流值為：
4.2.2 動作時間的計算
假設母線e過電流保護動作時限為0.5s，保護的動作時間為：
4.2.3 靈敏度校驗
靈敏度的計算公式為：
(1)對於保護3
保護3的過電流保護作為近後備保護的靈敏度為：
滿足作為近後備保護靈敏度的要求；
保護3的過電流保護作為遠後備保護的靈敏度為：
滿足作為遠後備保護靈敏度的要求。
(2)對於保護9
保護9的過電流保護作為近後備保護的靈敏度為：
滿足作為遠後備保護靈敏度的要求；
保護9的過電流保護作為保護3的遠後備保護的靈敏度為：
滿足作為遠後備保護靈敏度的要求；
保護9的過電流保護作為保護4的遠後備保護的靈敏度為：
滿足作為遠後備保護靈敏度的要求。
5 二次展開原理圖的繪製
三段式電流保護的單相原理圖如圖4所示：
圖4三段式電流保護的單相原理框圖
6 繼電保護裝置的選擇
6.1 電流互感器的選擇
互感器是按比例變換電壓或電電流的裝置。其功能主要是將高電壓或大電流按比例變換成標準低電壓(100v)或標準小電流(5a或10a，均指額定值)，以便實現測量儀表、保護裝置及自動控制裝置的標準化、小型，其一次側接在一次系統，二次側接測量儀表與繼電保護裝置等。同時互感器還可用來隔開高電壓系統，以保證人身和裝置的安全。
(1)小電流選線裝置用零序電流互感器；
(2)與dd11/60型繼電器配套使用的零序電流互感器；
(3)與dl11/0.2型繼電器配套使用的零序電流互感器 ；
(4)精度與容量（額定負荷）的關係。
國標中規定：「在額定頻率及額定負荷下，電流誤差，相位差和復合誤差不超過上表所列限值。」所以所選零序電流互感器的容量要與二次迴路（裝置及迴路）阻抗匹配，才能達到上表精度，如所選容量大時零序電流互感器在使用時將出現正誤差，反之則出現負誤差。
6.2 繼電器的選擇
正確選用繼電器的原則應該是：
(1)繼電器的主要技術效能，如觸點負荷，動作時間引數，機械和電氣壽命等，應滿足整機系統的要求；
(2)繼電器的結構型式(包括安裝方式)與外形尺寸應能適合使用條件的需要；
(3)經濟合理。
7 保護的評價
在做繼電保護配置時我們應該使配置的結果滿足繼電保護的基本要求，就是要保證可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。可是這四個指標在很多情況下是互相矛盾的，因此我們要根據實際情況讓它們達到一定的平衡即可。
通過設計過程可以看出，在執行方式變化很大的110kv多點原系統中，最大執行方式下三相短路的短路電流與最小執行方式下得兩相的短路電流相差很大。按躲過最大執行方式下末端最大短路電流整定的電流速斷保護的動作值很大，最小執行方式下靈敏度不能滿足要求。限時電流速斷保護的定值必須與下一級線路電流速斷保護的定值相配合，所以其定值也很大，靈敏度也均不能滿足要求。
過電流整定按照躲過最大負荷電流整定，其動作值受執行方式的限制不大，作為近後備和遠後備靈敏度都能滿足要求，一般採用受執行方式變化影響很小的距離保護。
繼電保護原理課程設計報告D
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